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干货 | 海上风电吸力式筒型基础应用研究

2020-03-13 11:53来源:南方能源建设作者:张浦阳 黄宣旭关键词:海上风电风机基础风电技术收藏点赞

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筒型基础调平技术应用可分为三种典型情形:(1)四筒Sleipner T和Draupner平台(Bye等,Ersen & Jostad)安装的水平度通过位置高的筒型基础更多贯入实现结构调平;Universal Foundation公司海上风电单筒型基础通过筒裙高压水喷射装置局部选择性控制实现结构调平;天津大学和道达公司研制的单筒7舱钢制复合风电筒型基础通过各舱室之间施加不同的吸力实现结构调平;(2)Colliat等工程中遇到倾斜海床的结构安装调平过程;(3)筒基结构有附加结构偏心荷载条件下水平度的调平控制(Sparrevik,Houlsby等,复合风电筒型基础一体化整机下沉技术等)。实践中,Senepere & Auvergne[27]采用高压水喷射装置解决吸力桩下沉问题。Tjelta[15]等采用筒裙端部喷射装置(Skit Tip Injection)减少端部减阻,通过选择性控制水喷区域实现调平功能。Cotter[22]通过筒型基础外部设置8~16个喷水管,研究了高压水喷基础下沉减阻和调平过程。如前所述,筒型基础吸力下沉过程,水流在筒裙端部从筒外进入筒内,集中的水力梯度贡献了减阻效应,而高压喷射可以制造更大的水力梯度减少端阻。对于筒裙外侧土体阻力,吸力安装时筒裙外侧水流向下竖向有效应力增加安装摩擦阻力。筒裙端部喷射水体可以降低外侧筒壁水力梯度来减少侧摩阻力。对于筒内土体阻力,吸力安装筒内部水流主要向上,特别是在较深的贯入时,吸力安装达到临界,可能导致管涌。水喷装置设计关键问题是最小化筒内水力梯度增加。否则,临界水力梯度在更浅的贯入深度提前出现。高压喷射装置在海上风电基础的应用情况如图7所示。

对于钢制多筒或多舱型筒型基础的下沉调平技术,结构体系可调平角度、深度和屈曲风险是核心问题。德国Wilhelmshaven风电场单筒型基础吸力下沉屈曲失效案例和多弧形筒裙改进设计如图8所示。

图7 海上风电基础高压喷射装置

图8 德国Wilhelmshaven风电场单筒型基础吸力下沉屈曲失效案例和多弧形筒裙改进设计

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注:德国Wilhelmshaven筒型基础(直径16 m,裙高15 m,贯入6.8 m负压屈曲)及多弧形改进基础型式[1-2]。

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